بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله معادلات آهنگ لیزر نقطه کوانتومی InAs/GaAs دو ترازی را به روش عددی با استفاده از رانگ کوتای مرتبه ی چهارم حل کرده ایم و نمودار تغییرات تعداد فوتون بر حسب زمان و تغییرات بهره ی اپتیکی بر حسب جریان و تغییرات توان خروجی بر حسب جریان را برای تراز حالت پایه - Gs - و حالت برانگیخته - Es - برای نقاط کوانتومی با چگالی حجمی متفاوت بدست آوردهایم.
همچنین با حل تحلیلی معادلات آهنگ لیزر نقطه کوانتومی InAs/GaAs تابع پاسخ مدولاسیون سیگنال کوچک لیزر نقطه کوانتومی InAs/GaAs را برای تراز حالت پایه و حالت برانگیخته برای لیزر نقطه کوانتومی بدست آورده ایم و سپس تابع پاسخ مدولاسیون را بر حسب تغییرات چگالی حجمی برای Es و Gs شبیه سازی کرده ایم. اثر چگالی حجمی نقاط کوانتومی را در تاخیر زمان روشن شدن لیزر و توان و بهره لیزر و همچنین پهنای نوار مدولاسیون و فرکانس تشدید را بررسی کرده ایم و همچنین مشاهده کردیم که با کاهش مناسب چگالی حجمی نقاط کوانتومی مشخصه های دینامیکی و مدولاسیون سیگنال کوچک بهبود پیدا می کند.
مقدمه
لیزرهای نقطه کوانتومی نسبت به دیگر لیزرهای نیم رسانای مرسوم از جمله لیزرهای سیم کوانتومی و چاه کوانتومی از عملکرد بسیار بهتری برخوردار است، بطوریکه دارای مشخصه هایی نظیر پایداری در برابر دما ، کارایی کوانتومی بالا، سرعت مدولاسیون بالا و جریان آستانه پایین هستند. معادلات - 1 - تا - 5 - معادلات آهنگ لیزر نقطه کوانتومی InAs/GaAs می باشند که با حل همزمان این معادلات جفت شده می توانیم رفتار دینامیکی لیزر را مطالعه نماییم.
در این معادلات ، ، ، ، به ترتیب حامل ها در تراز لایه تر کننده، جمعیت حامل ها در تراز حالت برانگیخته، جمعیت حامل ها در تراز حالت پایه، تعداد فوتون در تراز حالت برانگیخته، تعداد فوتون درتراز حالت پایه می باشند . همچنین در این معادلات فاکتور محدودیت اپتیکی برابر با 0.06 و فاکتور گسیل خودبخودی و برابر با است و و به ترتیب فشردگی بهره برای ترازهای حالت پایه و برانگیخته می باشند.و و به ترتیب درجه تبهگنی تراز پایه و برانگیخته و برابر 4 و 2 می باشند وتعداد نقاط کوانتومی است که از رابطه زیر پیروی می کند.
شبیه سازی
با حل عددی معادلات آهنگ می توانیم تغییرات تعداد فوتون ها و توان خروجی و بهره اپتیکی و پهنای نوار مدولاسیون را برای ترازهای حالت پایه و برانگیخته را بررسی کنیم. شبیه سازی ها را با تغییر چگالی حجمی نقاط کوانتومی انجام داده ایم. شکل 2 که تعداد فوتون بر حسب زمان برای تراز پایه را مشخص می کند نشان میدهد که با افزایش چگالی حجمی نقاط کوانتومی زمان تاخیر روشن شدن افزایش یافته و نواسانات واهلشی افزایش چشمگیری دارد اما تعداد فوتون ها در حالت پایا اندکی کاهش پیدا میکند.
از شکل شماره 3 که تعداد فوتون بر حسب زمان برای تراز برانگیخته را نشان می دهد میبینیم که با افزایش زمان تاخیر روشن شدن افزایش پیدا می کند و نوسانات واهلشی اندکی افزایش پیدا می کندو تعداد فوتون در حالت پایا کاهش پیدا میکند. از شکل شماره 4 که توان خروجی بر حسب جریان را برای ترازهای پایه و برانگیخته نشان می دهد مشاهده می کنیم که در تراز پایه با افزایش توان ماکزیمم در جریان های بیشتر افزایش پیدا می کندو جریان آستانه توان تغییری نمی کند و میبینیم که در تراز برانگیخته با افزایش جریان آستانه توان خروجی افزایش پیدا کرده و به ازای یک جریان معین، توان کاهش پیدا کرده است.
از شکل شماره 5 و همچنین شکل شماره 6 مشاهده میشود که با افزایش جریان آستانه بهره به ترتیب برای تراز پایه و برانگیخته افزایش پیدا می کند و همچنین جریان بهره ی اشباع نیز برای هر دو تراز پایه و برانگیخته افزایش پیدا کرده است. از شکل شماره 7 مشاهده می شود با افزایش فرکانس تشدید و پهنای نوار مدولاسیون برای ترازهای پایه و برانگیخته کاهش پیدا کرده است ولی دامنه تابع پاسخ مدولاسیون برای هردو تراز افزایش پیدا کرده است .
